影响锂离子电池循环性能的七大因素
锂离子电池制造中的电解液添加剂研究考核试卷
B.磷酸盐
C.硫酸盐
D.醚类
17.以下哪个因素会影响电解液添加剂在电池中的性能表现？（）
A.添加剂的种类
B.添加剂的浓度
C.电解液的配比
D.所有以上因素
18.锂离子电池电解液中，以下哪个添加剂可以改善电解液的耐过充性能？（）
A.硅酸盐
B.磷酸盐
C.硫酸盐
D.铁盐
19.以下哪种添加剂可以抑制锂离子电池的析锂现象？（)
A.电池的应用环境
B.电池的化学体系
C.电池的成本
D.添加剂的兼容性
8.以下哪些添加剂可以用于抑制锂离子电池的气胀现象？（）
A.硅酸盐
B.硼酸盐
C.磷酸盐
D.铜盐
9.锂离子电池电解液的电化学稳定性可以通过以下哪些方式提高？（）
A.选择适当的电解质盐
B.添加适当的电解液添加剂
C.调整溶剂的种类和比例
D.提高电解液的纯度
A.改善电解液的电导率
B.提高电解液的化学稳定性
C.减少电池内阻
D.改善电池材料的电化学活性
16.以下哪些添加剂可以用于提高锂离子电池的安全性能？（）
A.硅酸盐
B.硫酸盐
C.铁盐
D.阻燃剂
17.锂离子电池电解液添加剂在电池中的作用可能包括：（）
A.改善电池的低温性能
B.提高电池的容量
C.增强电解液的耐过充性能
（注：由于题目要求输出4个主观题，但按照常规考试格式，主观题数量通常较少，因此这里按照要求提供了4个题目，但请注意，实际考试中可能只会有2个或3个主观题。）
标准答案
一、单项选择题
1. B
2. A
3. B
4. A
5. B
锂离子电池高温循环
锂离子电池高温循环
锂离子电池高温循环是指锂离子电池在高温环境下进行充放电循环的过程。
高温循环会加速锂离子电池的衰减，主要表现在以下几个方面：
1.容量衰减：高温循环会导致锂离子电池正极材料的活性降低，从而导致容量
衰减。
2.内阻增加：高温循环会导致电解液的分解，从而导致电池内阻增加。
3.安全性降低：高温循环会增加锂离子电池的热失控风险。
锂离子电池高温循环的衰减机制主要包括以下几个方面：
1.正极材料活性降低：高温会导致正极材料的活性降低，主要表现在以下几个
方面：
●正极材料的晶格结构发生变化，从而降低了锂离子在正极材料中的扩散能力。
●正极材料中的活性物质发生分解，从而降低了正极材料的容量。
2.电解液分解：高温会导致电解液的分解，从而产生气体和固体杂质，这些气
体和固体杂质会堵塞电极之间的间隙，从而增加电池的内阻。
3.SEI膜增厚：SEI膜是电解液在电极表面形成的一层固体电解质膜，它可以防
止电解液与电极发生直接反应。
高温会导致SEI膜增厚，从而增加电池的内阻。
锂离子电池高温循环的抑制方法主要包括以下几个方面：
●优化电极材料：开发具有高温稳定性的电极材料，可以有效抑制高温循环引
起的容量衰减。
●改进电解液：开发具有高温稳定性的电解液，可以有效抑制高温循环引起的
电解液分解。
●优化充放电策略：采用合理的充放电策略，可以有效抑制高温循环引起的SEI
膜增厚。
锂离子电池循环寿命影响因素分析
锂离子电池循环寿命影响因素分析摘要：随着电子科学技术的不断发展，越来越多的电子产品使用锂离子电池作为能量的供给，但是锂离子电池目前在使用上还存在许多问题，其中锂离子电池的循环寿命就对整个电子产品的使用有关键的影响作用.当电池的寿命较低时，电子产品的使用寿命也会受到影响，即使及时更换新的电池也不能达到原来电池的高匹配程度，所以有必要对锂离子电池循环寿命的影响因素进行探索。
本文对锂离子电池使用过程中循环寿命的影响因素进行分析和探讨，其中包括锂离子电池设计和制造工艺、锂离子电池所使用的材料老化和衰退的情况、锂离子电池所使用的环境和充放电制度等方面展开详细的探讨，并提出相应的对策。
关键词：锂离子电池；循环寿命；影响因素锂离子电池作为最常用的充电电池，具有单体电压高、质量轻、自放电小、工作温度范围广、环境容纳度高等出色优点，其他类型电池很少全面具备这样的性能。
但是锂离子电池依然存在缺点，例如有些锂离子电池在经过一定周期的充电和放电循环之后，电池的容量下降过快，达不到标准500次循环的，本文将对锂离子电池的循环性能进行探讨。
影响锂离子电池循环性能的因素有很多，其中，电池在使用过程中，在其内部发生的化学反应是直接影响电池循环寿命的，除此以外，电池制备所使用的材料、制作设计工艺等也会对电池的循环寿命造成影响。
本文就这几方面的内容进行探讨。
一、简述锂离子电池的构成和原理（一）锂离子电池的构成虽然锂离子电池从发明到使用经历较多改进，但是锂离子电池的本质构成并不复杂。
锂离子电池主要由正极、负极、电解液、隔膜、集流体以及电池外壳所构成。
正负极所采用的材料各自不同，但是都有一定的要求。
电解液的选择需要满足良好的离子导体和电子绝缘体的要求，同时应具备良好的热稳定性及化学稳定性。
合适的集流体能够保证极片在工作过程中处于稳定的状态。
每一个部分的合理构成可以保证锂离子电池正负极反应的顺利进行。
（二）锂离子电池的反应原理锂离子电池在工作过程中所发生的反应主要为：充电时，锂离子从正极经过电解液穿过隔膜嵌入到负极，同时有相同数量的电子经外电路传递到负极，保证电荷平衡；而进行放电时，则相反，锂离子从负极脱嵌，经过电解液穿过隔膜再回到正极，此时相同数量的电子经外电路传递到正极。
锂离子电池循环次数
锂离子电池循环次数1. 引言锂离子电池是一种广泛应用于电动汽车、移动设备和储能系统等领域的重要能源储存装置。
在长期使用过程中，锂离子电池的循环次数对其性能和寿命有着重要影响。
本文将详细介绍锂离子电池循环次数的概念、影响因素以及相关研究进展。
2. 锂离子电池循环次数的定义与测量方法2.1 定义锂离子电池的循环次数指的是从放电到充满电再到放电的一个完整循环过程，通常以循环次数来衡量。
一块锂离子电池经历了1000次完整的充放电循环，即可说其循环次数为1000。
2.2 测量方法测量锂离子电池的循环次数通常采用两种方法：计数法和容量衰减法。
•计数法：通过记录充放电过程中的总循环次数来测量锂离子电池的循环次数。
这种方法简单直观，但需要精确记录每次循环过程，对实验条件要求较高。
•容量衰减法：通过测量锂离子电池的容量衰减来推测其循环次数。
具体方法是在每次充放电后测量电池的容量，并与初始容量进行比较，计算容量损失率。
通过多次测量，可以推算出锂离子电池的循环次数。
3. 锂离子电池循环次数的影响因素3.1 温度温度是影响锂离子电池循环次数的重要因素之一。
在高温下使用锂离子电池会加速其容量衰减速度，降低其循环次数。
而在低温下，锂离子电池的反应速率会减慢，导致放电能力下降。
3.2 充放电速率充放电速率指的是单位时间内充放电的倍率。
较高的充放电速率会导致锂离子电池内部化学反应速度加快，从而增加了能量损耗和容量衰减，降低了循环次数。
3.3 深度充放电深度充放电是指将锂离子电池的电量充放至极限，超过正常使用范围。
深度充放电会引起电池内部结构的破坏和化学反应的不可逆性，加剧了容量衰减速度，降低了循环次数。
3.4 充电截止电压和放电截止电压充电截止电压和放电截止电压是指锂离子电池在充放电过程中达到的最高和最低电压。
较高的充放电截止电压会增加锂离子迁移的难度，导致容量衰减加快，循环次数减少。
4. 锂离子电池循环次数的研究进展4.1 锂离子电池寿命评估模型研究人员通过对锂离子电池寿命进行建模，可以更准确地预测其循环次数和容量衰减趋势。
钴酸锂循环次数
钴酸锂循环次数钴酸锂是一种重要的锂离子电池正极材料，其性能表现优良，被广泛应用于电动汽车、移动电源等领域。
然而，锂离子电池在使用过程中会出现循环次数的问题，因此研究钴酸锂的循环次数问题具有重要意义。
一、锂离子电池循环次数的概念及影响因素锂离子电池的循环次数指的是电池从充电到放电，以及再次充电放电的循环次数。
循环次数是评估电池寿命和性能稳定性的重要参考指标。
影响锂离子电池循环次数的因素有多种，其中主要包括以下几个方面：1.充放电过程充放电过程中，电池内部材料的化学性质和物理状态不断发生变化，因而对电池寿命和循环次数产生影响。
2.使用环境锂离子电池在使用过程中会受到温度、湿度、振动等环境因素的影响，对电池的寿命和循环次数产生影响。
3.电池设计及材料选择电池的设计和材料选择直接影响电池的寿命和循环次数，其中正极材料是决定电池寿命和循环次数的主要因素之一。
钴酸锂是目前应用最广泛的锂离子电池正极材料之一，因其能量密度高、充电速度快、循环次数高等特点被广泛使用。
然而，钴酸锂在循环次数问题上存在以下几个方面的问题：1.容量衰减钴酸锂在长时间使用过程中，会出现容量衰减的现象，这是导致电池寿命减短的主要原因。
2.正极材料失效在长时间循环充放电过程中，钴酸锂的结构会发生变化，导致正极材料失效，影响电池的寿命和循环次数。
3.钴的溶出和氧化在钴酸锂的充放电过程中，钴会溶出到电解液中，并可能发生氧化反应，导致电解液中的、钴磷酸锂和其他物质的质量变化，可能会对电池的性能产生负面影响。
针对上述问题，已经有不少研究基于钴酸锂的电池循环次数进行了深入探究。
首先，一些研究关注了锂离子电池正极材料的改进，例如添加剂、表面涂覆等措施，以提高电池的容量、寿命和循环次数。
例如，少量的石墨烯在正极材料中添加可以提供高电导率、抗氧化性和抗膨胀性等特性，从而提高电池循环次数和寿命。
其次，研究者还开发了新型正极材料以替代钴酸锂。
例如，锰酸锂、铁磷酸锂等材料由于具有更高的安全性和稳定性，已被广泛用于一些电池。
影响锂离子电池寿命七因素
影响锂离子电池寿命七因素锂离子电池作为目前最常见的可充电电池之一，广泛应用于移动电子设备、电动车辆和能源存储等领域。
然而，由于化学性质的限制以及使用过程中的因素，锂离子电池的寿命存在一定的限制。
影响锂离子电池寿命的主要因素包括以下七个方面：1.充放电循环次数：锂离子电池的寿命通常以充放电循环次数来衡量。
每次循环都会使电池内部材料的结构发生微小的变化，逐渐导致电池容量的降低。
因此，频繁的充放电循环会缩短锂离子电池的寿命。
2.充电速率：快速充电过程中，电池内部的化学反应速度加快，可能会导致电池结构的损坏，甚至引发电池失火、爆炸等安全风险。
因此，过高的充电速率会显著影响锂离子电池的寿命。
3.放电深度：放电深度是指电池容量被使用的程度。
过度深度的放电会引发电池内部材料的腐蚀和损伤，进一步缩短电池寿命。
因此，合理控制电池的放电深度对延长锂离子电池的寿命至关重要。
4.温度：温度是锂离子电池性能的关键影响因素之一、过高的温度会加速电池内部化学反应的速度，损害电池结构，降低电池容量和寿命。
因此，适当的温度管理对保护锂离子电池寿命至关重要。
5.储存条件：在储存过程中，锂离子电池会自然自放电，导致电池容量的损失。
过低的储存温度也会对电池寿命产生负面影响。
因此，适当的储存条件是延长锂离子电池寿命的关键。
6.振动和冲击：振动和冲击会对锂离子电池内部的电解液和电极材料产生损害，并可能导致电池结构的损坏。
因此，在使用和维护过程中应该尽量避免振动和冲击，以保护锂离子电池寿命。
7.高压充电和过充电：过高的充电电压可能会导致电池内部结构的损坏，产生气体和温度过高，从而降低电池寿命。
过充电也会对电池安全性产生不良影响。
因此，合理控制充电电压和充电过程是延长锂离子电池寿命的关键。
综上所述，锂离子电池的寿命受到很多因素的影响，包括充放电循环次数、充电速率、放电深度、温度、储存条件、振动和冲击、高压充电和过充电等。
在使用和维护锂离子电池时，合理控制这些因素，可以延长电池的使用寿命，提高电池的性能和安全性。
锂离子电池性能影响因素分析及其改进方法研究
云南大学学报(自然科学版),2007,29(S1):237～242CN53-1045/N ISSN0258-7971 Journal of Yunnan U niversityΞ锂离子电池性能影响因素分析及其改进方法研究王晋鹏,胡欲立(西北工业大学航海学院,陕西西安 710072)摘要:如何提高锂离子电池的性能已经成为锂离子电池开发研究中的一个热点问题.介绍分析了影响锂离子电池性能的几种因素,讨论了几种改善锂离子电池性能的方法,有助于采取相应措施来提高锂离子电池的性能.关键词:锂离子电池;性能;影响因素;改进方法中图分类号:TM912.9 文献标识码:A 文章编号:0258-7971(2007)S1-0237-06 锂离子电池是继镍氢电池之后的新一代绿色高能可充电电池,具有电压高、体积小、比能量高、循环性能好、自放电小、无记忆效应、无污染等突出优点,近10a来得到了飞速的发展,已在二次电池市场中与镍镉电池,镍氢电池呈三足鼎立之势,并且其市场份额仍在不断扩大.锂离子电池以其卓越的性价比优势在笔记本电脑、移动电话、武器装备等领域占据了主导地位,被认为是21世纪对国民经济和人民生活具有重要意义的高科技产品[1].随着锂离子电池在各个领域的大量应用,对锂离子电池的性能要求越来越高,如何提高锂离子电池的性能已经成为锂离子电池开发研究中的一个热点问题[2].影响锂离子电池性能的因素是多种多样的,本文分析介绍了影响锂离子电池性能的主要因素,并介绍了改善锂离子电池性能的几种方法.1 影响锂离子电池性能的主要因素影响锂离子电池性能的主要因素包括:正负极材料的选择、电解质的选择、隔膜的选择以及电池的结构和尺寸.1.1 正极材料的选择 正极材料是锂离子电池中Li+的“贮存库”.在充电时锂离子从正极脱出嵌入负极,放电时锂离子从负极脱出插入正极材料中.作为锂离子电池正极材料要求具有以下性能[3]:(1)具有较高的氧化还原电位,从而使电池的输出电压高;(2)电极中大量的锂能够发生可逆嵌入和脱嵌以得到高容量;(3)在整个嵌入/脱嵌过程中,锂的嵌入和脱嵌应可逆且主体结构没有或很少发生变化,这样可确保良好的循环性能;(4)氧化还原电位的变化应尽可能少,这样电池的电压不会发生显著变化,可保持平稳的充电和放电;(5)具有较好的电子导电率和离子导电率,这样可减少极化,并能进行大电流充放电;(6)电极在整个电压范围内化学稳定性好,不与电解质等发生反应;(7)锂离子在电极材料中有较大的扩散系数,便于快速充放电;(8)具有良好的热稳定性;(9)从实用角度而言,电极材料应该便宜,对环境无污染.理论上具有层状结构和尖晶石结构的材料都可用作锂离子电池的正极材料,但由于制备工艺上存在困难,目前所应用的正极材料仍然是钴、镍、锰、钒和铁的氧化物,如:LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4Ξ收稿日期:2007-03-20 作者简介:王晋鹏(1982- ),男,山西人,硕士生,主要从事锂离子电池的热分析方面的研究.等.LiCoO2由于制备工艺简单、电性能良好而开发较早,因此商品化也较早,用于4V电池,其理论容量为274mA・h/g,实际容量可达140mA・h/ g[4].与此同时LiCoO2作为锂离子电池的正极材料也有一定的缺点:首先,在充放电的过程中,Li+反复嵌入与脱出会造成LiCoO2的结构在多次收缩和膨胀后发生3方晶系到单斜晶系的相变,同时还会导致LiCoO2发生粒间松动而脱落,使内阻增大,容量减少;其次,由于钴的自然资源有限,价格昂贵从而使LiCoO2材料及其电池的推广受到了限制[5].LiNiO2的理论容量为274mA・h/g,实际容量已达190～210mA・h/g.由于镍的储量丰富,自放电低,且从结构上看LiNiO2和LiCoO2同属α-NaFeO2型结构,取代容易,因此LiNiO2成为可替代LiCoO2的最有前景的正极材料之一[6].但LiNiO2的制备条件要求很高.研究结果显示在制备LiNiO2的过程中,容易产生含镍量高、非化学计量的LiNi1-x O2.由于镍容易产生位错而影响材料的容量和稳定性能[5].LiMn2O4耐过充电、安全性能好,但循环性能差、高温(55℃以上)容量衰减快,理论比容量相对较低(148mA・h/g),难以制得纯净的单相产物[5].LiFePO4在自然界中以磷铁锂矿的形式存在,为橄榄石行结构,其比容量为170mA・h/g具有良好的热稳定性,对于非常规条件下使用,具有更强的忍耐力[5].随着研究的不断深入,又出现了一些新型的正极材料,其中有机二硫及多硫化物是最具有发展前景的正极材料.聚合物硫化是制备导电高分子和锂离子电池多硫化物有效且简便的方法[7].二巯基噻二唑(DMc T)是有机硫化物中作为锂离子电池正极活性物质的较好材料.用DMc T/ Pan(聚苯胺)复合材料作为锂离子电池的正极材料,其比容量可达357mA・h/g,但循环性能差[8].以聚丙烯腈为前驱体,用单质硫在300℃下进行硫化所得产物具有超过600mA・h/g的高容量和良好的循环性[9],这是一种非常有前途的锂离子电池正极材料.1.2 负极材料的选择 作为锂离子电池的负极材料应该具有以下性能:(1)锂离子在负极基体中的插入氧化还原电位尽可能低,接近金属的电位,从而使电池的输出电压高;(2)在基体中大量的锂能够发生可逆插入和脱插以得到高容量密度;(3)在这个插入/脱插过程中,锂的插入和脱插应可逆且主体结构没有或很少发生变化,这样可确保良好的循环性能;(4)氧化还原电位的变化应该尽可能小,这样电池可保持较平稳的充电和放电;(5)具有较好的电子导电率和离子导电率,这样可减少极化并能进行大电流充放电;(6)具有良好的表面结构,能够与电解质形成良好的SEI膜;(7)具有良好的化学稳定性,在形成SEI膜后不与电解质等发生反应;(8)锂离子在主体材料中有较大的扩散系数,便于快速充放电;(9)具有良好的热稳定性.目前,已实际用于锂离子电池的负极材料一般都是碳素材料,如石墨、软碳(如焦炭等)、硬碳等.正在探索的负极材料有氮化物、PAS、锡基材料、硅基材料、纳米负极材料以及其他的一些金属化合物等.石墨材料导电性好,结晶度较高,具有良好的层状结构,适合锂的嵌入-脱嵌,充放电比容量可达300mA・h/g以上,充放电效率在90%以上,不可逆容量低于50mA・h/g,具有良好的充放电电位平台,是目前锂离子电池应用最多的负极材料.软碳(即易石墨化碳)与电解液的相容性好,但首次充放电的不可逆容量较高,输出电压较低,无明显的充放电平台电位[10].硬碳(即难石墨化碳)具有比容量高,循环性能好等特点,但硬碳材料所存在的电极电位过高,电位滞后以及不可逆容量大等缺点影响了硬碳材料的实用化进程[11].锡基材料作为锂离子电池的负极材料,具有较高的可逆容量.但Li-Sn合金的可逆生成与分解伴随着巨大的体积变化,容易引起合金的机械分裂832云南大学学报(自然科学版) 第29卷(产生裂缝和粉化),最后导致电极失效,因此锡基负极材料还未能进入商业化生产[12].单质硅负极材料由于在循环过程中存在较大的体积变化,因此单质硅的纳米化一直是研究的主要方面,厚度为纳米尺度的硅膜能获得大于3500 mA・h/g的放电容量,也能保持很好的循环性能,很有希望应用于微型锂离子电池.硅-金属合金负极材料能在一定程度上抑制硅粒子的体积变化,在获得高容量的同时获得较好的循环性能[13,14].1.3 电解质的选择1.3.1 电解质锂盐的选择 电解质锂盐是锂离子电池的重要组成部分,对锂离子电池的性能有着极其重要的影响.作为锂离子电池的电解质锂盐应满足以下要求:(1)易溶于有机溶剂,易于解离,以保证电解液有较好的电导率;(2)具有较好的氧化稳定性;(3)具有一定的还原稳定性,还原产物有利于电极SEI膜性能的改善;(4)具有较好的环境友好性,分解产物对环境影响小;(5)易于制备和纯化,价格较便宜.锂离子电池电解质锂盐按阴离子种类的不同,可以分为无机阴离子锂盐和有机阴离子锂盐两大类.无机阴离子锂盐主要包括:LiClO4、LiBF4、LiAsF6和LiPF6等,有机阴离子锂盐包括LiCF3SO3和LiN(SO2CF3)2及它们的衍生物等.在这些电解质锂盐中LiClO4是研究时间最长的锂盐,制成的电解液电导率和电化学稳定性良好,但LiClO4是一种强氧化剂,容易引起电池爆炸,安全性差;LiBF4价格便宜,但它的热稳定性差,氧化电位相对较低,对电池的循环寿命不利;LiAsF6对碳负极电化学性能最好,但环境污染严重;LiCF3SO3和LiN(SO2CF3)2的稳定性好,离子半径大,具有相当高的离子电导率,但它们腐蚀铝,因此不能用于以铝做阴极集流体的锂离子电池;LiPF6是目前应用范围最广的锂盐,它具有良好的离子电导率和电化学稳定性,对生态环境影响小,但抗热性和抗水解性较差[15～17].LiBOB是目前受到关注最多的一种新型电解质锂盐,它具有2个区别于传统锂盐的特点:①可以在PC中稳定石墨负极;②有较好的高温稳定性,但同时还存在一些问题需要解决,包括:合成和提纯的方法较复杂,溶解度和电导率较低等等[18,19].1.3.2 溶剂的选择 作为锂离子电池的电解液溶剂应满足以下要求:(1)电解质锂盐在溶剂中要有足够的溶解度和良好的离子解离度,保证电解液体系有较高的电导率;(2)在循环过程中,溶剂分子和导电盐阴离子的还原分解产物能快速形成稳定的SEI膜;(3)具有良好的电化学稳定性和良好的对电极的化学稳定性;(4)安全性好,无污染.目前常用的电解液溶剂包括EC(碳酸乙烯酯)、PC(碳酸丙稀酯)、DMC、DEC以及EMC(碳酸甲乙酯).1.4 隔膜的选择 隔膜是锂离子电池重要的组成部分,其性能的好坏直接影响电池的内阻、放电特性、明显贮存性能、循环寿命、内压等.目前隔膜的主要材料为多孔性聚烯烃.多层隔膜具有一定的强度和较低的自关闭温度,适合作为锂离子电池隔膜[20].1.5 电池的结构 电池的结构和尺寸对电池性能有着直接的影响,合理的结构和尺寸有利于发挥电池的最佳性能.2 锂离子电池性能的改进在影响锂离子电池性能的各种因素中,正负极材料以及电解液的选择对锂离子电池性能的影响最为明显.因此要改善锂离子电池的性能,最主要的就是改善正负极材料以及电解液的性能.2.1 正极材料性能的改善 改善锂离子电池正极材料性能的方法包括:掺杂和包覆.2.1.1 掺杂 在锂离子电池的正极材料中有选择地掺杂一些特定的元素能有效地改善其性能.LiCoO2、LiNiO2以及LiMn2O4是目前研究最多的锂离子电池正极材料,这3种材料相互掺杂合成LiNi x Mn y Co1-x-y O2作为锂离子电池的正极材料是目前的一个研究热点.在LiNiO2中掺杂Co,所得材料在充放电过程中稳定性明显增强,而且充、放电容量在160mA・h/g以上[21].在LiMn2O4932第S1期 王晋鹏等:锂离子电池性能影响因素分析及其改进方法研究中掺杂Co得到Li2Co0.4Mn1.6O4,初始放电容量达200～270mA・h/g,而且工作电压提高,但循环充放电容量下降为82～90mA・h/g[22].在LiMn2O4中掺杂Ni后,虽然初始放电容量下降,但循环充放电性能提高,尤其是在3V工作电压平台处电容量的提高较大[23].在这3种材料中掺杂其他元素也是目前的研究热点之一,其中研究的最多的是掺杂稀土元素.邓斌等[24]合成的LiCo0.99RE0.01O2的放电平台比纯相的LiCoO2更稳定,更高,平台的持续时间更长.豆志河等[25]通过固相分段法制备了LiNi0.95 Ce0.05O2.产物的初始放电比容量达到148mA・h/ g,放电平台的平均电位为3.7V,产物具有理想的层状结构和较高的电化学性能.汤昊等[26]人采用流变相反应法合成了掺杂稀土的锂锰尖晶石Li Y x Mn2-x O4(Y代表稀土元素).研究表明,当掺入的稀土元素的含量较低(x≤0.02)时,得到的产物能保持完整的尖晶石结构,使材料的循环稳定性能大幅度提高,并表现出极佳的电化学性能[27]. 2.1.2 包覆 对正极材料进行包覆能在电池储存时起到一定程度的隔离正极材料与电解液的作用,从而避免或减轻正极材料与电解液发生化学作用而导致电池的自放电,因此可以改善正极材料的性能.LiCoO2经纳米级ZrO2颗粒包覆后,虽然初始放电容量没有增加,但是70次循环充放电后,放电容量不衰减;而未包覆的LiCoO2,30次循环充放电后,放电容量保留仅为60%[28].LiAlO2对LiMn2O4进行表面包覆后材料充放电循环500次后容量保持率可达94%,但其初始放电容量有所下降[29].2.2 负极材料性能的改善 目前在锂离子电池中普遍使用的负极材料是碳负极材料.改善碳负极材料性能的方法包括:表面氧化,掺杂以及包覆.2.2.1 表面氧化 对碳负极材料进行表面氧化一方面可以将一些不规则结构除去,另一方面可以形成一些纳米级微孔或通道,这样可以增加锂插入和脱插的通道,同时也可以增加锂的存储位置,有利于可逆插锂容量的提高.吴宇平[30]等用硫酸铈作氧化剂,对天然石墨进行氧化处理,改性后的石墨可逆容量从251mA・h/g增加到340mA・h/g以上.首次充放电效率达80%以上.2.2.2 掺杂 在碳负极材料中有选择地掺入其他非碳元素,可以有效地改变碳电极的嵌锂行为. YU[31]等研究了在石墨表面沉积镍之后的电化学性能,实验结果表明当石墨中含镍的质量分数在10%时,初次充放电的库仑效率由59%上升到84%,可逆容量也提高了30～40mA・h/g.将硼酸溶解与石墨混合烘干,经过热处理之后就可以得到含硼石墨负极材料,其可逆容量可达310mA・h/g,首次库仑效率在90%以上,电极性能得到明显提高[32].2.2.3 包覆 对碳负极材料进行包覆也可以提高碳负极材料的性能.杨瑞枝[33]树脂包覆天然鳞片石墨,进行热处理,实验结果发现,以酚醛树脂含量为9.8%、最高热处理温度为900℃的复合材料的充放电性能最好,初次放电容量为260mA・h/g,初次充放电效率为64.6%,第3次放电容量为214 mA/g,充放电效率为88.7%,包覆后的材料性能得到了很大的提高.T Tanaka[34]包覆石墨,由于银具有良好的导电性能,所以石墨在镀银之后内阻减小,电容量增加,生成的SEI膜更加稳定,循环性能得到改善.2.3 电解液性能的改善 改善电解液性能的主要方法就是加入各种电解液功能添加剂.添加剂对可以从以下几个方面改善电解液的性能:(1)提高SEI膜的稳定性;(2)提高电解液的电导率;(3)改善电池的安全性能;(4)控制电解液中的酸和水的含量等.Y.Ein-Eli[35]发现:使用SO2作为添加剂,有利于在石墨表面形成一层良好的SEI膜,因为SO2发生还原反应的电位2.7V高于电解质溶剂或锂离子的还原电位.D.Aurbach[36]等用电化学方法和谱学方法研究添加剂1,2-亚乙烯碳酸酯(VC),发现VC能够提高电池的循环性能,尤其是提高电池在高温时的循环性能,降低不可逆容量.将Al2O3、MgO、BaO和锂或钙的碳酸盐等作为添加剂加入到电解液中,它们将与电解液中微量的HF发生反应,降低电解液中HF的含量,阻止其对电极的破坏,并抑制LiPF6的分解,提高电解液的稳定性,从而改善电极的性能[37].042云南大学学报(自然科学版) 第29卷3 结 论(1)介绍分析了影响锂离子电池性能的各种因素,这些因素包括:正负极材料的选择、电解液的选择、隔膜的选择以及电池的结构和尺寸.在这些因素中,正负极材料以及电解液的选择对锂离子电池性能的影响最为明显;(2)介绍了改善锂离子电池性能的几种方法.要改善锂离子电池的性能最主要的就是提高正负极材料以及电解液的性能.改善正极材料性能的方法包括:掺杂以及包覆.改善负极材料性能的方法包括:表面氧化、掺杂以及包覆.改善电解液性能最主要的方法就是加入各种功能添加剂.参考文献:[1] 王新喜,宫志刚,等.锂离子电池的研究进展[J].舰船防化,2005,31(1):15219.[2] 张世超.锂离子电池产业现状与研究开发热点[J].新材料产业,2004,6(1):46252.[3] 吴宇平,戴晓兵,等.锂离子电池-应用与实践[M].北京:化学工业出版社,2004.[4] 刘进,吴绍华,等.锂离子电池正极材料的研究与开发现状[J].云南冶金,2005,34(5):36239.[5] 姜军,项金钟,等.锂离子电池正极材料研究进展[J].云南大学学报:自然科学版,2005,27(5A):6212625.[6] 吕罡,刘心宇,等.锂离子电池正极材料的研究进展[J].电工材料,2006,34(1):30234.[7] 何向明,蒲薇华,等.硫化聚合物锂离子电池正极材料的研究进展[J].功能高分子学报,2005,18(3):5172521.[8] 何向明,蒲薇华,等.锂离子电池富硫聚合物正极材料的研究进展[J].电池,2005,35(4):3172318.[9] WAN G J L,XIE J Y,et al.A novel conductive polymer-sulfur composite cathode material for rechargeablelithium batteries[J].Advanced Materials,2002,14(13214):9632965.[10] 颜剑,苏玉长,等.锂离子电池负极材料的研究进展[J].电池工业,2006,11(4):2772281.[11] 孙颢,蒲薇华,等.锂离子电磁硬碳负极材料研究进展[J].化工新型材料,2005,33(11):7210.[12] 张利华,陈永坤,等.锂离子电池锡基负极材料研究进展[J].云南冶金,2006,35(1):45248.[13] 樊丽萍,王成杨,等.锂离子蓄电池高容量硅基负极材料研究进展[J].电源技术,2005,29(9):6282631.[14] 左朋建,尹鸽平,等.锂离子蓄电池硅基负极材料的研究[J].电源技术,2006,30(4):3342338.[15] 沙顺萍,腾祥国,等.锂离子电池电解质材料研究进展[J].盐湖研究,2005,13(3):67272.[16] 武山,庄全超,等.锂离子电池有机电解液材料研究进展[J].化学研究于应用,2005,17(4):4332438. [17] 毕成良,郭爱红,待.锂离子二次电池电解质锂盐的研究进展及其发展前景[J].天津化工,2006,20(2):122.[18] 王赛,仇卫华,等.锂离子电池电解质盐双草酸硼酸锂的研究进展[J].电池,2006,36(1):2312233. [19] 蒲薇华,何向明,等.新型锂离子电池锂盐LiBOB研究进展[J].云南大学学报:自然科学版,2005,27(5A):4792483.[20] 伊廷锋,胡信国,等.锂离子电池隔膜的研究和发展现状[J].电池,2005,35(6):4682470.[21] 汤宏伟,陈宗璋,等.LiNi x Co1-x O2的制备与性能[J].应用化学,2003,20(1):69272.[22] WEST K,V ITINS G,et al.Synthesis and hose proper2ties of tetragonal LiMn2O4and Li2Co0.4Mn1.6O4[J].Electrochim Acta,2000,45:314123149.[23] O K ADA M,L EE Y S,et al.Cycle characterization ofLiM x Mn2-x O4(M=Co,Ni)material for lithium sec2ondary battery at wide voltage region[J].J PowerS ources,2000,90:1962200.[24] 邓斌,阎杰,等.LiCoO2掺杂稀土元素研究[J].电池,2003,33(2):74276.[25] 豆志河,张廷安,等.锂离子电池正极材料LiNi0.8Ce0.2O2和LiNi0.95Ce0.05O2制备工艺优化[J].中国稀土学报,2004,(5):6512655.[26] 汤昊,冯传启,等.掺杂Y3+的锂锰尖晶石的合成及其电化学性能研究[J].化学学报,2003,61(1):47250.[27] 伊廷锋,霍慧彬,等.锂离子电池正极材料稀土掺杂研究进展[J].电源技术,2006,30(5):4192423. [28] KIM Y J,CHO J,et al.Suppression of cobalt dissolu2tion from the LiCoO2cathodes with various metal-ox2ide coatings.J Electrochem S oc[J],2003,150(12):A16602A1666.[29] 翟金玲,魏进平,等.锂离子蓄电池正极材料表面包覆研究进展[J].电源技术,2005,29(11):7652771. [30] 吴宇平,姜长印,等.液相氧化法制备锂离子蓄电池负极材料[J].电源技术,2000,24(5):2802282. [31] YU P.Ni-composite microencapsulated graphic as thenegative electrode in Li-ion batteries[J].J Elec2142第S1期 王晋鹏等:锂离子电池性能影响因素分析及其改进方法研究trochem S oc,2000,147(4):1280.[32] 陈猛,肖斌,等.锂离子电池负极材料石墨的改性方法[J].电池工业,2006,11(2):1252128.[33] 杨瑞枝,张东煜,等.树脂碳包覆石墨作为锂离子电池负电极的研究[J].无机材料学报,2000,15(4):7112716.[34] Tanada T Ohta,K.Y ear2000R&D status of large-scale lithium ion secondary batteries in the nationalproject of Japan[J].J Power S ource,2001,97298:226.[35] Ein-Eli Y,THOMAS S R,et al.The role of SO2as anadditive to organic Li-ion battery electrolytes[J].JElectrochem S oc.1997,144(4):115921165.[36] AURBACH D,G AMOL SKY K.On the use of vinylenecarbonate(VC)as an additive to electrolyte solutionsfor Li-ion batteries[J].Electrochimica Acta,2002,47(9):142321439.[37] STUX A M,BAR KER J.Additives for inhibiting de2composition of lithium salts and electrolytes containingsaid additives[P].US:5707760,1998-01-03Analyze of the factors affecting performance of Li-ion batteries andresearch on the improving methodsWAN G Jin2peng,HU Yu2li(College of Marine Engineering,Northwestern Polytechnical University,Xi’an710072,China)Abstract:How to improve the performance of Li-ion batteries has became a popular problem in the re2 searching on Li-ion batteries.In this paper,the factors affecting performance of Li-ion batteries are analyzed and the improving methods are discussed.The relevant measures can be taken to improve performance of Li-ion batteries according to the analysis of these factors and methods.K ey w ords:Li-ion batteries;performance;influencing factors;improving methods 333333333333333333333333333333 (上接第236页)Toxicity of ionic liquids and potential risk evaluationDIN G Qi,SUN Guo2quan,L E Zhang2gao,L I Min(Department of Applied Chemistry,East China Institute of Technology,Fuzhou344000,China)Abstract:The toxicities of ionic liquids was impacted on by the structure of the components and the puri2 ty.It was reviewed that the studies of the purity of ionic liquids,the cationic and anionic components had ef2 fects for ionic liquids toxicities and the eco2design of ionic liquids and multidimensional risk analysis.K ey w ord:ionic liquids;toxicity;eco2design;assessment;risks242云南大学学报(自然科学版) 第29卷。
锂离子电池的循环寿命分析与改进
锂离子电池的循环寿命分析与改进随着移动电子设备的普及和新能源汽车的发展，锂离子电池越来越受到广泛关注。
然而，锂离子电池在使用过程中会发生循环寿命衰减，影响其使用寿命和性能。
因此，对于锂离子电池的循环寿命分析和改进具有重要意义。
一、锂离子电池的循环寿命分析1. 循环寿命的定义循环寿命是指电池在一定条件下循环充放电的次数，当电池的循环寿命到达一定次数后，其容量损失会超过一定范围，从而导致电池性能下降，严重时即损坏，失去使用价值。
2. 影响循环寿命的因素（1）温度：高温会加速锂离子电池中的化学反应，从而加速容量损失和循环寿命衰减。
（2）充放电速率：高速率的充放电会加剧电池内部化学反应和热效应，从而对电池寿命产生负面影响。
（3）充放电深度：深度放电会增加电池内部化学反应，导致锂离子电池的循环寿命缩短。
（4）充电过程中的维持时间：充电过程中的维持时间过长会引起电池内部化学反应并降低循环寿命。
3. 锂离子电池循环寿命测试循环寿命测试是通过对锂离子电池实施一定充放电次数的测试方法来确定其循环寿命。
在测试中，电池的充放电条件和环境因素需要按照相关标准进行控制，以确保测试的可重复性和准确性。
4. 锂离子电池循环寿命衰减机理循环寿命衰减机理主要是电化学反应、电极材料的结构和化学变化以及随时间的自然老化。
锂离子电池放电时，正极材料被氧化，负极材料被还原，随着放电次数的增加，电极材料的物理、化学和结构性能将会发生不可逆的变化，导致电池的容量损失和循环寿命衰减。
二、锂离子电池的循环寿命改进1. 有效控制温度通过在电池充放电过程中的温度监测和控制，选择合适的充放电温度，减少电池内部化学反应的发生，从而降低循环寿命衰减和容量损失的速率。
2. 控制充电速率合理调整锂离子电池的充放电速率和电流，减少热效应的影响，降低电池内部化学反应的发生，从而减缓循环寿命的衰减过程。
3. 限制充放电深度限制电池的放电深度，即使在低电量状态下，也应该及时充电，以减少电池内部化学反应的发生，降低电池容量损失和循环寿命衰减的速率。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
影响锂离子电池循环性能的七大因素
我们最关注的电池莫过于锂离子电池，因为我们的手机、pad、笔记本的电池就是锂离子电池，它的续航能力也一直是企业研究的一个重点方向。
循环性能对锂离子电池的重要程度无需多言，就宏观来讲，更长的循环寿命意味着更少的资源消耗，因而，影响锂离子电池循环性能的因素，是每一个与锂电行业相关的人员都不得不考虑的问题。
1、水分
过多的水分会与正负极活性物质发生副反应、破坏其结构进而影响循环，同时水分过多也不利于SEI膜的形成，但在痕量的水分难以除去的同时，痕量的水也可以一定程度上保证电芯的性能。
2、正负极压实
正负极压实过高，虽然可以提高电芯的能量密度，但是也会一定程度上降低材料的循环性能，从理论来分析，压实越大，相当于对材料的结构破坏越大，而材料的结构是保证锂离子电池可以循环使用的基础；此外，正负极压实较高的电芯难以保证较高的保液量，而保液量是电芯完成正常循环或更多次的循环的基础。
3、测试的客观条件
测试过程中的充放电倍率、截止电压、充电截止电流、测试中的过充过放、测试房温度、测试过程中的突然中断、测试点与电芯的接触内阻等外界因素，都会或多或少影响循环性能测试结果，另外，不同的材料对上述客观因素的敏感程度各不相同，统一测试标准并且了解共性及重要材料的特性应该就足够日常工作使用了。
4、负极过量
负极过量的原因除了需要考虑首次不可逆容量的影响和涂布膜密度偏差之外，对循环性能的影响也是一个考量，对于钴酸锂加石墨体系而言，负极石墨成为循环过程中的“短板”一方较为常见，若负极过量不充足，电芯可能在循环前并不析锂，但是循环几百次后正极结构变化甚微但是负极结构被破坏严重而无法完全接收正极提供的锂离子从而析锂，造成容量过早下降。
5、涂布膜密度
单一变量的考虑膜密度对循环的影响几乎是一个不可能的任务，膜密度不一致要么带来容量的差异、要么是电芯卷绕或叠片层数的差异，对同型号同容量同材料的电芯而言，降低膜密度相当于增加一层或多层卷绕或叠片层数，对应增加的隔膜可以吸收更多的电解液以保证循环，考虑到更薄的膜密度可以增加电芯的倍率性能、极片及裸电芯的烘烤除水也会容易些，当然太薄的膜密度涂布时的误差可能更难控制，活性物质中的大颗粒也可能会对涂布、滚压造成负面影响，更多的层数意味着更多的箔材和隔膜，进而意味着更高的成本和更低的能量密度，所以，评估时也需要均衡考量。
6、材料种类
材料的选择是影响锂离子电池性能的第一要素，选择了循环性能较差的材料，工艺再合理、制成再完善，电芯的循环也必然无法保证；选择了较好的材料，即使后续制成有些许问题，循环性能也可能不会差的过于离谱，从材料角度来看，一个全电池的循环性能，是由正极与电解液匹配后的循环性能、负极与电解液匹配后的循环性能这两者中，较差的一者来决定的，材料的循环性能较差，一方面可能是在循环过程中晶体结构变化过快从而无法继续完成嵌锂脱锂，一方面可能是由于活性物质与对应电解液无法生成致密均匀的SEI膜造成活性物质与电解液过早发生副反应而使电解液过快消耗进而影响循环。
在电芯设计时，若一极确认选用循环性能较差的材料，则另一极无需选择循环性能较好的材料，浪费。
7、电解液量
电解液量不足对循环产生影响主要有三个原因，一是注液量不足，二是虽然注液量充足但是老化时间不够或者正负极由于压实过高等原因造成的浸液不充分，三是随着循环电芯内部电解液被消耗完毕。
第三点，正负极特别是负极与电解液的匹配性的微观表现为致密且稳定的SEI的形成，而右眼可见的表现，既为循环过程中电解液的消耗速度，不完整的SEI 膜一方面无法有效阻止负极与电解液发生副反应从而消耗电解液，一方面在SEI膜有缺陷的部位会随着循环的进行而重新生成SEI膜从而消耗可逆锂源和电解液。
不论是对循环成百甚至上千次的电芯还是对于几十次既跳水的电芯，若循环前电解液充足而循环后电解液已经消耗完毕，则增加电解液保有量很可能就可以一定程度上提高其循环性能。